Cet article explique ce que sont les forces concurrentes et ce qu'est un système de forces concurrentes. Vous trouverez également des exemples de forces concurrentes, les différences avec d'autres types de forces et comment calculer la force résultante d'un système de forces concurrentes.
Que sont les forces concurrentes ?
Les forces concurrentes sont deux ou plusieurs forces dont les directions se croisent en un point. De sorte que toutes les forces dont les extensions se coupent en un même point forment un système de forces concurrentes .
Par conséquent, lorsque deux ou plusieurs forces de directions différentes sont appliquées à un solide rigide, nous disons que nous avons un système de forces concurrentes. Et toutes ces forces peuvent être remplacées par une seule force résultante (nous verrons comment procéder ci-dessous).
De plus, lorsque les forces concurrentes sont dans le même plan, elles sont appelées forces concurrentes et coplanaires . Normalement, en physique, nous commençons généralement à étudier ce type de forces, car étant dans le même plan, seules deux composantes sont nécessaires pour définir les forces.
Exemples de forces concurrentes
Compte tenu de la définition des forces concurrentes, vous trouverez ci-dessous deux exemples de ce type de forces pour bien comprendre leur signification.
Exemple 1
Dans l’exemple suivant, vous pouvez voir deux forces concurrentes, puisque leurs lignes d’action se croisent en un point.
Il n’est donc pas nécessaire que les forces se touchent, mais il suffit que leurs extensions se coupent pour qu’elles soient concurrentes.
Exemple 2
Voici un autre exemple de trois forces concurrentes. Il s’agit d’un corps suspendu au plafond sur lequel trois forces différentes sont appliquées pour le soutenir. Il s’agit donc d’un exemple de forces concurrentes que vous pourriez rencontrer dans la vie de tous les jours.
Chaque corde exerce une force sur le corps pour le soutenir et leurs directions coïncident toutes en un point, c'est donc un système de forces concurrentes.
Forces concurrentes et non concurrentes
La différence entre les forces concurrentes et non concurrentes réside dans le fait que leurs directions coïncident ou non au même point. Les forces concurrentes ont des directions qui coïncident à un moment donné, alors que les directions des forces non concurrentes n'ont aucun point commun.
Dans le plan, les forces non concurrentes sont toutes ces forces parallèles, c'est le seul moment où les forces ne sont pas concurrentes.
De plus, les forces concurrentes se distinguent également des forces non concurrentes par le type de mouvement qu’elles peuvent générer. Des forces concurrentes provoquent des mouvements de translation (le corps se déplace dans une direction), mais des forces non concurrentes peuvent provoquer des mouvements de translation et de rotation (le corps tourne sur lui-même).
Système de forces concurrentes
Toutes les forces agissant dans un système de forces concurrent peuvent être remplacées par une force unique, appelée force résultante . De cette façon, nous simplifions le système de forces et pouvons voir clairement où le corps se déplacera lors de l’application de toutes les forces.
Lorsque nous avons un système de deux forces concurrentes , nous devons utiliser la méthode du parallélogramme (ou règle du parallélogramme) pour calculer la force résultante. Cette méthode consiste à :
- Tout d’abord, nous traçons à l’extrémité d’une force une ligne parallèle à l’autre force.
- On répète l'étape précédente avec l'autre force.
- La force résultante est la diagonale du parallélogramme qui va de l’origine commune des forces jusqu’au point d’intersection des deux droites parallèles.
Lorsque nous avons un système avec trois forces concurrentes ou plus, la méthode des polygones est utilisée pour trouver la force résultante. Les étapes de la méthode des polygones sont :
- Placez chaque force après l’autre, de manière à ce que l’origine d’une force coïncide avec la fin de l’autre force. L'ordre dans lequel on met les forces est indifférent.
- La force résultante est la force obtenue en joignant le début de la première force à la fin de la dernière force.
En réalité, trouver la force résultante d’un système de forces concurrentes équivaut à additionner toutes les forces.
Exercice résolu sur les forces concurrentes
Enfin, nous proposons un exercice pour finir d'assimiler la notion de forces concurrentes. Vous pouvez voir la solution de l'exercice en cliquant sur le menu déroulant ci-dessous.
- Trouvez graphiquement la force résultant du système de forces concurrentes suivant :
Pour déterminer la force résultante du système, il faut utiliser la méthode des polygones puisqu’il s’agit d’un système de quatre forces concurrentes. Ainsi en appliquant cette méthode on obtient la force qui remplace toutes les forces (représentée en rouge) :
